Due articoli, uno pubblicato sulla rivista Light: Science & Applications e uno sulla rivista Journal of Materials Chemistry A1-2, riportano diversi aspetti di uno studio che ha portato alla creazione di un nuovo processo di desalinizzazione in grado di produrre acqua potabile da quella marina senza additivi chimici e allo stesso tempo raccogliere sali e altri minerali, che possono essere estratti per essere impiegati in modi utili, come ad esempio il litio.

Chunlei Guo, professore di ottica e fisica e scienziato senior del laboratorio per l'energetica del laser all'Università americana di Rochester, e i suoi collaboratori Luheng Tang, Subhash C. Singh, Ran Wei e Tianshu Xu hanno sviluppato questa nuova tecnologia che risolve alcuni difetti dei sistemi di desalinizzazione utilizzati attualmente. Hanno impiegato pannelli solari fatti di un metallo nero prodotto con una tecnica speciale che include un trattamento con un laser a femtosecondi che ha reso la loro superficie in grado di assorbire moltissimo la luce solare e al tempo stesso molto idrofila per attirare l'acqua. Queste caratteristiche permettono a questi pannelli di distillare l'acqua di mare e depositare sali e minerali lasciati in una sezione dove non ostacolano l'azione di desalinizzazione.

Si stima che oltre un quarto della popolazione mondiale abbia difficoltà a trovare acqua potabile sicura, il che vuol dire non pericolosa per la salute a causa di forme di inquinamento o contaminazione da microorganismi patogeni. La maggior parte delle persone che hanno questo problema vivono in paesi del terzo mondo e ciò ha certamente rallentato lo sviluppo di tecnologie efficienti ed economiche per la desalinizzazione. Ora però anche in posti come la California ci sono città che in anni recenti sono state colpite dalla siccità e si sono dotate o stanno progettando di dotarsi di impianti di questo tipo per evitare crisi idriche o almeno limitare i problemi derivanti da quelle crisi.

Le tecnologie comunemente utilizzate per la desalinizzazione sono costose e hanno alcuni difetti importanti come la necessità di grandi quantità di energia e la difficoltà nella gestione della salamoia che rimane, formata da sali e minerali rimasti in forma concentrata. Limitarsi semplicemente a rigettare nel mare o nell'oceano quei sottoprodotti è un problema perché, essendo concentrati, finiscono per diventare inquinanti se non addirittura tossici quando vengono rilasciati in una piccola area. Per questo motivo, depositandosi sui fondali, interferiscono con la normale vita degli ecosistemi in cui vengono gettati, causando vari danni.

Per questi motivi, il professor Chunlei Guo e i suoi collaboratori hanno sviluppato una tecnologia di desalinizzazione in grado di eliminare i difetti delle tecnologie già esistenti. Invece di generare una salamoia inquinante, questa tecnologia genera, assieme all'acqua potabile, depositi di minerali che possono essere raccolti e utilizzati.

I pannelli solari prodotti dagli autori di questo studio sfruttano nanoparticelle di titanato di idrogeno introdotte nelle microstrutture del metallo nero che ne costituisce la parte principale. Queste nanoparticelle attraggono certi elementi specifici separandoli dal resto dei minerali, a cominciare dal litio.

Il litio è un elemento che è diventato cruciale per il suo utilizzo in batterie che ormai hanno tantissimi utilizzi. Ci sono vari progetti legati a tecnologie alternative e in alcuni casi già alcune applicazioni pratiche come le batterie al sodio ma, almeno per ora, ci sono anche alcuni limiti che rendono la tecnologia delle batterie al litio ancora preminente. Tuttavia, criticità come il dominio della Cina nel mercato del litio, i lunghi tempi di estrazione e l'impatto ambientale dovuto a problemi simili a quelli delle tecnologie classiche di desalinizzazione costituiscono sfide non da poco.

La nuova tecnologia di desalinizzazione descritta in questo studio potrebbe offrire un aiuto anche nell'approvvigionamento di litio. I ricercatori hanno condotto dei test usando l'acqua del Gran Lago Salato (Great Salt Lake), il bacino lacustre nello Utah che ha un'elevata salinità. Il prototipo del loro sistema di desalinizzazione ha prodotto acqua potabile e ha recuperato circa metà del litio contenuto nei sali rimasti dopo il processo di desalinizzazione.

La presenza di piccole quantità di litio in acque salate rende impensabile l'inizio di una normale operazione di estrazione mirata alla raccolta di quell'elemento. Tuttavia, un'operazione che eliminerebbe molti dei problemi delle tecnologie classiche di estrazione del litio e allo stesso tempo produrre acqua potabile potrebbe risultare interessante in certi luoghi.

In molti casi di nuove tecnologie, il problema è nel passaggio da un prototipo costruito in laboratorio a una produzione in fabbrica a costi che rendano il prodotto interessante dal punto di vista commerciale. Il professor Chunlei Guo ha manifestato ottimismo riguardo a questa possibilità ma ci sono sempre varie incognite che possono far deragliare o almeno rallentare lo sviluppo di un progetto che sembra davvero molto interessante.

Un perfezionamento di questa tecnologia di desalinizzazione e di estrazione di minerali potrebbe aiutare a migliorare l'accesso all'acqua potabile e all'estrazione del litio. Si tratta di problemi importanti e si può sperare che questa tecnologia attiri abbastanza interessi, anche economici, da essere sviluppata al punto di potersi diffondere dovunque ve ne sia bisogno.

Note

1 Nature: Additive-free and brine-discharge-free solar-thermal desalination with simultaneous complete mineral mining from ocean water.
2 Rapid lithium extraction via solar-thermal interfacial evaporation with zero liquid discharge.